El blindaje utilizado en cables y alambres se compone de dos conceptos completamente diferentes: blindaje electromagnético y blindaje de campo eléctrico. El blindaje electromagnético está diseñado para evitar que los cables que transmiten señales de alta frecuencia (como cables de RF y cables electrónicos) causen interferencias externas o para impedir que las ondas electromagnéticas externas interfieran con cables que transmiten corrientes débiles (como cables de señal o medición), así como para reducir la diafonía entre cables. El blindaje de campo eléctrico está diseñado para equilibrar el campo eléctrico intenso en la superficie del conductor o la superficie aislante de los cables de alimentación de media y alta tensión.
1. Estructura y requisitos de las capas de protección del campo eléctrico
El blindaje de los cables de alimentación incluye el blindaje de los conductores, el blindaje del aislamiento y el blindaje metálico. Según las normas pertinentes, los cables con una tensión nominal superior a 0,6/1 kV deben contar con una capa de blindaje metálico, que puede aplicarse a cada núcleo aislado o al núcleo multifilar del cable trenzado. Para cables con aislamiento XLPE con una tensión nominal no inferior a 3,6/6 kV y cables de aislamiento fino EPR con una tensión nominal no inferior a 3,6/6 kV (o cables con aislamiento grueso con una tensión nominal no inferior a 6/10 kV), también se requieren estructuras de blindaje semiconductor interno y externo.
(1) Blindaje de conductores y blindaje de aislamiento
El blindaje del conductor (blindaje semiconductor interno) debe ser no metálico y consistir en un material semiconductor extruido o una cinta semiconductora envuelta alrededor del conductor seguida de una capa semiconductora extruida.
El blindaje aislante (blindaje semiconductor externo) es una capa semiconductora no metálica extruida directamente sobre la superficie exterior de cada núcleo aislante, que puede adherirse firmemente al aislamiento o desprenderse del mismo. Las capas semiconductoras interna y externa extruidas deben estar firmemente adheridas al aislamiento, con interfaces lisas, sin marcas visibles en los hilos, bordes afilados, partículas, quemaduras ni arañazos. La resistividad antes y después del envejecimiento no debe superar los 1000 Ω·m para la capa de blindaje del conductor ni los 500 Ω·m para la capa de blindaje del aislamiento.
Los materiales de blindaje semiconductores internos y externos se fabrican mezclando los materiales aislantes correspondientes (como polietileno reticulado, caucho de etileno-propileno, etc.) con negro de humo, antioxidantes, copolímero de etileno-acetato de vinilo y otros aditivos. Las partículas de negro de humo deben estar uniformemente dispersas en el polímero, sin aglomerarse ni dispersarse adecuadamente.
El grosor de las capas de blindaje semiconductor interna y externa aumenta con el nivel de tensión. Dado que la intensidad del campo eléctrico en la capa de aislamiento es mayor en el interior y menor en el exterior, el grosor de las capas de blindaje semiconductor también debe ser mayor en el interior que en el exterior. Anteriormente, el blindaje semiconductor externo se fabricaba ligeramente más grueso que el interno para evitar arañazos debidos a un control deficiente de la flecha o perforaciones causadas por cintas de cobre demasiado duras. Ahora, con la monitorización automática en línea de la flecha y las cintas de cobre recocido blando, el grosor de la capa de blindaje semiconductor interno debe ser ligeramente mayor o igual al de la capa externa. Para cables de 6-10-35 kV, el grosor de la capa interna suele ser de 0,5-0,6-0,8 mm.
(2) Blindaje Metálico
Los cables con una tensión nominal superior a 0,6/1 kV deben contar con una capa de blindaje metálico. Esta capa debe aplicarse a cada núcleo aislado o núcleo del cable. El blindaje metálico debe consistir en una o más cintas metálicas, trenzas metálicas, capas concéntricas de alambres metálicos o una combinación de alambres metálicos y cintas metálicas.
En Europa y otros países desarrollados, debido al uso de sistemas de doble circuito con puesta a tierra por resistencia y con mayores corrientes de cortocircuito, es común el uso de blindaje con cable de cobre. Algunos fabricantes integran cables de cobre en la vaina de separación o la vaina exterior para reducir el diámetro del cable. En China, salvo algunos proyectos clave que utilizan sistemas de doble circuito con puesta a tierra por resistencia, la mayoría de los sistemas utilizan fuentes de alimentación de un solo circuito con supresión de arco eléctrico y puesta a tierra por bobina, lo que minimiza la corriente de cortocircuito, por lo que se puede utilizar blindaje con cinta de cobre. Las fábricas de cables procesan las cintas de cobre duro adquiridas mediante corte y recocido para lograr una cierta elongación y resistencia a la tracción (una cinta demasiado dura rayará la capa de blindaje aislante, y una demasiado blanda la arrugará) antes de su uso. Las cintas de cobre blando deben cumplir con la norma GB/T11091-2005 sobre cintas de cobre para cables.
El blindaje de la cinta de cobre debe consistir en una capa superpuesta de cinta de cobre blando o dos capas de cinta de cobre blando enrolladas helicoidalmente con espacios. El índice de solapamiento promedio de la cinta de cobre debe ser del 15 % de su ancho (valor nominal), y el índice de solapamiento mínimo no debe ser inferior al 5 %. El espesor nominal de la cinta de cobre debe ser de al menos 0,12 mm para cables unipolares y de al menos 0,10 mm para cables multipolares. El espesor mínimo de la cinta de cobre no debe ser inferior al 90 % de su valor nominal. Dependiendo del diámetro exterior del blindaje aislante (≤25 mm o >25 mm), el ancho de la cinta de cobre suele ser de 30 a 35 mm.
El blindaje de los cables de cobre se compone de cables de cobre blando enrollados helicoidalmente, fijados con una envoltura contrahelicoidal de cables de cobre o cintas de cobre. Su resistencia debe cumplir con los requisitos de la norma GB/T3956-2008 Conductores de Cables, y su sección transversal nominal debe determinarse en función de la capacidad de corriente de falla. El blindaje de los cables de cobre puede aplicarse sobre la cubierta interior de los cables tripolares o directamente sobre el aislamiento, la capa de blindaje semiconductora exterior o una cubierta interior adecuada en los cables unipolares. La separación media entre cables de cobre adyacentes no debe superar los 4 mm. La separación media G se calcula mediante la fórmula:
dónde:
D – diámetro del núcleo del cable bajo el blindaje del hilo de cobre, en mm;
d – diámetro del alambre de cobre, en mm;
n – número de cables de cobre.
2. El papel de las capas de blindaje y su relación con los niveles de voltaje
(1) Función del blindaje semiconductor interno y externo
Los conductores de cable generalmente se compactan a partir de cables multifilares. Durante la extrusión del aislamiento, pueden presentarse huecos, rebabas y otras irregularidades superficiales entre la superficie del conductor y la capa de aislamiento, lo que provoca la concentración del campo eléctrico, lo que provoca descargas locales por entrehierro y arborización, y reduce el rendimiento dieléctrico. Al extruir una capa de material semiconductor (blindaje del conductor) sobre la superficie del conductor, se garantiza un contacto firme con el aislamiento. Dado que la capa semiconductora y el conductor tienen el mismo potencial, incluso si existen huecos entre ellos, no se produce la acción del campo eléctrico, lo que previene las descargas parciales.
De igual manera, existen huecos entre la superficie exterior del aislamiento y la cubierta metálica (o blindaje metálico), y cuanto mayor sea el nivel de voltaje, mayor será la probabilidad de que se produzca una descarga por entrehierro. Al extruir una capa semiconductora (blindaje de aislamiento) sobre la superficie exterior del aislamiento, se forma una superficie equipotencial externa con la cubierta metálica, eliminando los campos eléctricos en los huecos y previniendo descargas parciales.
(2) Función del blindaje metálico
Las funciones del blindaje metálico incluyen: transportar corriente capacitiva en condiciones normales, servir como camino para la corriente de cortocircuito durante fallas; confinar el campo eléctrico dentro del aislamiento (reduciendo la interferencia electromagnética externa) y asegurar un campo eléctrico radial uniforme; actuar como línea neutra en sistemas trifásicos de cuatro cables para transportar corriente desequilibrada; y brindar protección radial contra el bloqueo de agua.
Hora de publicación: 28 de julio de 2025